Eficiencia energética vs alumbrado público Alfonso Ramos Learra CETIB 19-10-2012
1- Criterios generales en el A.P.. Eficiencia y eficacia. 2- La eficiencia energética de una instalación de alumbrado público. Índice de EE y clasificación. 3- Como conseguir una instalación eficiente. Requisitos del REEIAE. 4- El proyecto de iluminación, su ejecución y plan de mantenimiento. 5- Iluminación con LED vs descarga. 6- Utilización de luminarias LED. Factor de utilización. Flujo constante. Control. 7 -Datos fotométricos, Directivas y Normativa aplicables a luminarias LED. 2
Criterios generales sobre el Alumbrado Público - Más del 80% de la información procesada por nuestro cerebro es percibida por los ojos gracias a la luz. -Garantía de seguridad en nuestras carreteras (Los accidentes en tramos iluminados se reducen en un 60%.) - Incremento de la seguridad física y la protección de bienes públicos y privados (El índice de vandalismo y criminalidad se reducen en un 40%.) - Mejora el entorno urbano nocturno (Más acogedor y habitable.) - Potencia el turismo urbano. - Consume energía -Tiene un costo importante - Agrede al medio ambiente 3
Criterios generales sobre el Alumbrado Público (Consumo eléctrico, costo y CO 2 ) En España: El consumo eléctrico es de 260.000 GWh/año. El Alumbrado Público(4,2 / 4,4 M de luminarias; 30% carreteras; 70% ciudades) es el 1,35% de la energía eléctrica consumida (3.510 GW.h/año) Generación de 0,27 kg de CO 2 /kwh (*) (*) Fuente: REE basado en mix energético del sistema peninsular en el año 2010 4
Criterios generales sobre el Alumbrado Público (Consumo eléctrico, costo y CO 2 ) En España, casi el 95% de los Ayuntamientos son propietarios de las instalaciones de alumbrado exterior y el gasto que generan dichas instalaciones pueden llegar a alcanzar el 60%, o incluso más, del presupuesto anual del Consistorio, especialmente en municipios pequeños. Hemos iluminado ( en exceso?) con excelentes y estéticos productos, pero. No podemos pagar el consumo eléctrico generado. SI eficaces NO eficientes Ratios europeos 5
Eficiencia y eficacia (Conceptos) Eficiencia: Hace referencia a la mejor utilización de los recursos disponibles. Eficacia: Capacidad para alcanzar los objetivos sin analizar los recursos empleados. Ejemplo: Construir un edificio en un (1) año con un presupuesto de 1 M. Lograrlo en tiempo pero con un gasto de 2 M es eficaz pero no eficiente. 6
La E.E. en el Alumbrado Público. Índice de E.E. y clasificación energética de una instalación E.E. en alumbrado: Utilización de la mínima energía eléctrica posible para alcanzar los resultados deseados. 01/04/2009 REEIAE, que establece las condiciones técnicas de diseño, ejecución y mantenimiento de una instalación. Para: Mejorar la eficiencia y el ahorro energético Disminuir la emisión de gases efecto invernadero. Limitar la contaminación lumínica y la luz intrusa 7
La E.E. en el Alumbrado Público. Índice de E.E. y clasificación energética de una instalación Eficiencia Energética ε = S*E m / P; (m 2 *lux / W) El REEIAE establece una Eficiencia Energética(EE) mínima, tanto para el alumbrado funcional como para el ambiental. Iluminación media en servicio Em(Lux) Eficacia energética mínima (m 2 *lux/w) >=30 22 25 20 20 17,5 15 15 10 12 <=7,5 9,5 Para valores de iluminancia media proyectada comprendidos entre los valores indicados en la tabla, la eficiencia energética de referencia se obtendrán por interpolación lineal. Funcional Iluminación media en servicio Em(Lux) Eficacia energética mínima (m 2 *lux/w) >=20 9 15 7,5 10 6 7,5 5 <=5 3,5 Para valores de iluminancia media proyectada comprendidos entre los valores indicados en la tabla, la eficiencia energética de referencia se obtendrán por interpolación lineal. Ambiental 8
La E.E. en el Alumbrado Público. Índice de E.E. y clasificación energética de una instalación El REEIAE establece una Eficiencia Energética de Referencia. Alumbrado Vial Funcional Alumbrado Vial Ambiental y otras instalaciones de alumbrado Iluminancia media en servicio proyectada Em(lux) Eficacia energética de referencia εr (m 2 *lux/w) Iluminancia media en servicio proyectada Em(lux) Eficacia energética de referencia εr (m 2 *lux/w) >=30 32 - - - - 25 29 - - - - 20 26 >=20 13 15 23 15 11 10 18 10 9 <=7,5 14 7,5 7 - - - - <=5 5 Para valores de iluminancia media proyectada comprendidos entre los valores indicados en la tabla, la eficiencia energética de referencia se obtendrán por interpolación lineal. 9
La E.E. en el Alumbrado Público. Índice de E.E. y clasificación energética de una instalación El REEIAE establece un Índice de Eficiencia Energética (IEE) como cociente entre la Eficiencia Energética conseguida y la de referencia. Iε = ε / εr El REEIAE clasifica la instalación. Calificación Energética Índice de consumo energético Índice de Eficiencia Energética A IEC < 0,91 Iε > 1,1 B 0,91 <= IEC < 1,09 1,1 >= Iε > 0,92 C 1,09 <= IEC < 1,35 0,92 >= Iε > 0,74 D 1,35 <= IEC < 1,79 0,74 >= Iε > 0,56 E 1,79 <= IEC < 2,63 0,56 >= Iε > 0,38 F 2,63 <= IEC < 5,00 0,38 >= Iε > 0,20 G IEC >= 5,00 Iε <= 0,20 10
Como conseguir una instalación eficiente. Requisitos del REEIAE La base de la eficiencia energética está en el proyecto inicial. Adecuación de los parámetros luminosos a cada necesidad (nivel, uniformidad, deslumbramiento, etc) Luminarias de elevado rendimiento. Equipos de bajas pérdidas. Fuentes de luz de alta eficacia lm/w Sistemas de control y regulación. Reducción del resplandor luminoso y la luz intrusa. 11
Como conseguir una instalación eficiente. Requisitos del REEIAE Datos fotométricos=valores de EN 13201-2 Según REEIAE Niveles => No superar 20% Uniformidades y SR => Valores mínimos TI => Valores máximos Los valores de luminancia dados pueden convertirse en valores de iluminancia, multiplicando los primeros por el coeficiente R (según C.I.E.) del pavimento utilizado, tomando un valor de 15 cuando esté no se conozca. 12
Como conseguir una instalación eficiente. Requisitos del REEIAE Luminarias Parámetros Alumbrado Vial Resto de Alumbrados (1) Funcional Ambiental Proyectores Luminarias Rendimiento >= 65% >= 55% >= 55% >= 60% Factor de Utilización (2) (2) >= 0,25 >= 0,30 (1) A excepción de alumbrado f estivo y navideño. (2) Alcanzarán los valores que permitan cumplir los requisitos mínimos de eficiencia energética establecidos. 13
Como conseguir una instalación eficiente. Requisitos del REEIAE Equipos Lámparas. Alumbrado vial, especifico y ornamental. Eficacia superior a 65 lm / w. 14
Como conseguir una instalación eficiente. Requisitos del REEIAE Sistemas de regulación del nivel luminoso Regulación de tensión en cabecera (Variación tensión alimentación luminaria. Sistema no válido con reactancias electrónicas?) Regulación punto a punto Línea de Mando /Temporizado (variación inductancia (L) en balasto electromag./ variación frecuencia (f) en electrónicos variación intensidad lámpara) Telegestión (C&M)-> PLC/ WIFI 15
Como conseguir una instalación eficiente. Requisitos del REEIAE Reducción del resplandor luminoso y la luz intrusa. FHS INST 16
El proyecto de iluminación, su ejecución y plan de mantenimiento 17
El proyecto de iluminación, su ejecución y plan de mantenimiento 5% del consumo total Fuente: CELMA Strategy Forum19/05/2011 85% del consumo total La elección de la luminaria/fuente de luz y su posibilidad de regulación, juega un papel fundamental en la consecución de una instalación eficiente(85% del consumo total se da en el periodo de funcionamiento). Concepto C.T.C./T.C.O. 18
El proyecto de iluminación, su ejecución y plan de mantenimiento Factor de utilización Define el control de la luz emitida por la luminaria, independiente del rendimiento de la misma. Lado acera Lado calzada -1h 0h 1h 2h 3h 0,4 1,2 6 h f u = Fu / Fl Flujo útil (Fu)= S * Em Flujo lámpara (Fl). 0,2 9 0,8 h 19
El proyecto de iluminación, su ejecución y plan de mantenimiento Rendimiento de la luminaria La fotometría proporcionada por el fabricante indica la distribución fotométrica, el rendimiento, el FHS, etc. 20
El proyecto de iluminación, su ejecución y plan de mantenimiento Factor de mantenimiento de la luminaria (f m E servicio / E inicial ) Es función de: Tipo de lámpara. Estanqueidad del sistema óptico. Naturaleza y Modalidad de cierre de luminaria. Calidad y Frecuencia de las operaciones de mantenimiento Grado de contaminación de la zona. f m = FDFL * FSL * FDLU FDFL = Factor de Depreciación del Flujo de la Lámpara. FSL = Factor de Supervivencia de la Lámpara. FDLU = Factor de Depreciación de la Luminaria. 21
El proyecto de iluminación, su ejecución y plan de mantenimiento Plan de mantenimiento Operaciones determinadas en el cálculo del factor de mantenimiento (Fm). Periodo reposición de lámparas y limpieza de luminarias. Mediciones eléctricas. Consumo energético anual (activa, reactiva, factor de potencia). Horario de puesta en funcionamiento y apagado. Mediciones Luminotécnicas. Iluminancia/luminancia media mantenida (Em). Uniformidades, deslumbramiento, etc. 22
Potencial de ahorro. 23
Potencial de ahorro. Fuente: CELMA Strategy Forum19/05/2011 24
Ejemplo real de ahorro. Iluminación rural Parques Naturales de Castilla y León Cambio de luminarias y fuentes de luz en zonas protegidas. Resultados: Ahorro de 572.000 Kwh /año (aprox. 74.000 /año) Liberación de carga REE para dedicación a otras actividades. Limitación de la contaminación luminosa Ecológica (hábitat de especies); del FHS y de la luz intrusa. 25
Ejemplo real de ahorro. Iluminación urbana en Valladolid Cambio de luminarias con lámpara SAP de 250W y equipo electromagnético por luminarias con lámpara HM cerámico de 140W y equipo electrónico. Resultados: Ahorro del 45% por punto de luz Adaptación de niveles al REE. Mejor percepción visual (luz blanca) Limitación del FHS y de la luz intrusa. 26
Ejemplo real de ahorro. Iluminación viaria con LED en Pinoso (Alicante) Cambio de luminarias tipo Vial con VM 250W por luminarias Stela de 30 LED C.W. con distintas intensidades de corriente. Instalación existente Potencia instalada(aprox): 155,1 kw Instalación nueva Potencia instalada (aprox):36,42 kw Consumo anual existente: 620,4 KW.h Consumo anual nuevo: 145,68 Kw.h Ahorro anual: 71.220 Ahorro consumo eléctrico:76,5% 27
Utilización de luminarias LED Propiedades del LED Alimentado desde 175 ma hasta? A (Aconsejable mayor eficacia 350/520 ma) Vida útil superior a descarga. Varias temperaturas de color (luz blanca). Bajo mantenimiento. Encendido instantáneo. Estado sólido. Resistente a vibraciones. Sin mercurio en su composición. Sin infrarrojo ni ultravioleta. Alta eficiencia óptica. Direccionable (f u ) Graduable (f m ) Riesgos del LED Mas corriente Mayor Tj Mayor Ta Incremento de Tj Mayor Tj Disminuye flujo emitido Mayor Tj Disminuye vida útil Elevada Tj Fallo total 28
Utilización de luminarias LED Luminarias LED nuevas o modificadas? Lo ideal Nueva luminaria para nueva fuente de luz. (nueva tecnología nuevo diseño) 29
Iluminación con LED vs descarga 30
Utilización de luminarias LED Luminarias LED nuevas o modificadas? Posible la utilización de LED en luminarias no específicamente diseñadas para esta fuente de luz. Incorporación de un motor de sustitución. RIESGOS. 31
Utilización de luminarias LED Luminarias LED mal modificadas?. Problemas térmicos Modulo leds sin lente Rendimiento: 45lm/w Sistema de evacuación de calor 32
Utilización de luminarias LED Luminarias LED modificadas?. Problemas mecánicos y fotométricos Lámpara S.A.P.t/H.M.e LED con equipo Peso gr 100/150 950 Lámpara Consumo (W) Ahorro (%) Uniform. media Nivel lumínico (lux) Variación (%) Led de sustitución E40 Sodio tubular 100 W 28 74,5 0 08 2 61 84 110 0 0 4 16 37 0 33
Utilización de luminarias LED. Factor de utilización (f u = Fu / Fl) El reducido tamaño de la fuente de luz LED y el control por refracción mejoran el f u 34
Utilización de luminarias LED. Factor de utilización (f u = Fu / Fl) Lámparas convencionales Lm Lm LED necesarios Ahorro CFL 36W 2900 1600 55% CFL 80W 6000 3300 55% HPS 70W 6000 3800 63% HPS 150W 17500 12000 69% HPS 400W 56500 34000 60% HQI 250W 19000 11000 56% HQI 400W 35000 21000 60% CPO 45W 4300 3000 70% CPO140W 16500 11000 67% 35
Flujo constante CLO (Constant Light Output) vs consumo f m = FDFL * FSL * FDLU (f m E servicio / E inicial ) Incremento paulatino del flujo (consumo) para compensar la pérdida por Fm, logrando E servicio = E inicial Pero partiendo de un consumo inferior (arranque al 100% en descarga) 36
Utilización de luminarias LED. Flujo constante (f m E servicio / E inicial ) Pérdida de flujo luminoso en la vida útil del LED Luz superflua Luz necesaria 37
Utilización de luminarias LED. Flujo constante Ahorro energético Energía ahorrada Energía utilizada 38
Datos fotométricos aplicables a las luminarias LED Fotometria referenciada a 1000 lm realizada en goniofotómetro calibrado, de fabricante reconocido internacionalmente. Obtención del flujo luminoso de la luminaria, colocada esta en su posición de trabajo. Temperatura de sala 25º C +/- 1ºC Medida de la energia total de la luminaria (fuente de luz + equipo auxiliar) en funcionamiento. Eficacia lm/w. 39
Directivas y normativa aplicables a las luminarias La luminaria debe llevar el marcado CE => Declaración de conformidad con las Directivas de Compatibilidad Electromagnética 2004/108/CE y Baja Tensión 2006/95/CE El fabricante o importador debe estar dado de alta en un SIG(Sistema Integrado de Gestión) Real Decreto 154/1995 sobre exigencias de seguridad del material eléctrico destinado a ser utilizado en determinados límites de tensión. Real Decreto 1890/2008 que aprueba el REEIEA y sus ITC Directiva de Ecodiseño 2009/125/CE. Requisitos de diseño ecológico aplicables a los productos relacionados con la energía. Real Decreto 842/2002 que aprueba el REBT y sus ITC-BT-01 a ITC-BT-51. Normas UNE-EN 60598-2 y 60598-2-3 de luminarias. Norma UNE-EN-62471-2009 sobre seguridad fotobiológica de lámparas y aparatos que utilizan lámparas. 40
Directivas y normativa aplicables a las luminarias LED (si la fuente de luz está basada en tecnología LED, sus componentes deberán, además de lo mencionado para luminarias convencionales, cumplir también) UNE-EN 62031 Módulos LED para alumbrado general. Requisitos de seguridad. UNE-EN 61347-2-3 Requisitos particulares para dispositivos electrónicos alimentados con corriente continua o corriente alterna para módulos LED. UNE-EN 62384 Dispositivos de control electrónicos alimentados con corriente continua o corriente alterna para módulos LED. Requisitos de funcionamiento. y cumplir con el grado de estanqueidad, resistencia al impacto, clase eléctrica, rendimiento y consumo establecido por el REE, etc, etc. 41
Modificación de luminarias a tecnología LED Quien realice la modificación de una luminaria para adaptarla a tecnología LED es responsable del marcado CE y debe estar dado de alta en un SIG (Sistema Integrado de Gestión). Deberá constituir un expediente técnico garantizando la conformidad con las directivas de Compatibilidad Electromagnética y Baja Tensión. Efectuar una nueva declaración CE de conformidad (según UNE EN 66-514-91 y EN 45014). El fabricante original se libera de responsabilidad frente a daños causados por el producto modificado o por fallos de funcionamiento. Pérdida de garantía. Reclamación de daños y perjuicios por parte del fabricante original si estima dañado su prestigio o imagen. 42
Conclusión final Alcanzar los objetivos de eficiencia energética deseados no es función exclusiva de la utilización de una determinada fuente de luz. Es el resultado de un enfoque integral que engloba servicios profesionales, producto y personas 43
MOLTES GRÀCIES PER LA SEVA ATENCIÓ 44