Eficiencia Energética en Iluminación

Octubre 15 2009 Introducción a la Eficiencia Energética en Sistemas de Iluminación Rodrigo Ramírez.-Pisco CITCEA – UPC . [email_address]

4 Iluminación: Lámparas, control 3 Cuales son las iniciativas tecnológicas actuales y de futuro? 1 Introducción: Eficiencia Energética y sostenibilidad Indice 5 Nuevas tecnologías 2 Cómo es la iluminación actualmente? 6 Eficiencia energética en iluminación

Por qué hacer eficiencia energética en iluminación?

Introducción: Eficiencia Energética y sostenibilidad

La sostenibilidad energética, más que un tema de moda es una necesidad apremiante. con los patrones actuales de consumo nuestra sociedad es inviable. Introducción: Eficiencia Energética y sostenibilidad

Eficiencia Energética:

La eficiencia energética está relacionada con la cantidad de producto que se obtiene de un proceso por unidad de energía y se define como el conjunto de actividades encaminadas a reducir (u optimizar) el consumo de energía en términos unitarios, manteniendo el nivel de los servicios prestados .

Definiciones Básicas. Lámpara: "fuente hecha con el fin de producir una radiación óptica, generalmente visible” Balasto: es un dispositivo conectado entre la red eléctrica y una o varias lámparas de descarga que sirve principalmente para limitar la corriente de la lámpara (s) para un valor exigido. Luminaria: aparato que distribuye, filtra o transforma la luz transmitida desde una o varias lámparas y que incluye, con excepción de estas, todas las piezas necesarias para fijar y proteger las lámparas y, en su caso, los auxiliares del circuito junto con los medios para conectar las lámparas al suministro eléctrico . INTRODUCCION

INTRODUCCION Definiciones Básicas. • Lumen • Lux • Grados Kelvin • IRC • Deslumbramiento

INTRODUCCION

Definiciones Básicas. Deslumbramiento es la sensación producida por las zonas brillantes en el campo de visión y puede ser experimentado, ya sea como malestar, deslumbramiento o discapacidad. Los límites por malestar por deslumbramiento se establecen con el CIE Unified Glare Rating (UGR-) método tabular :cuanto menor es mejor. INTRODUCCION

ALGUNAS CARACTERÍSTICAS RELEVANTES DE FUNCIONAMIENTO

VIDA ÚTIL (DEPRECIACIÓN LUMINOSA): Duración en horas de encendido hasta que el flujo luminoso alcanza el 80 % del flujo inicial

VIDA MEDIA (MORTALIDAD): Para una muestra representativa, tiempo de ensayo, desde el encendido, en el que dejan de funcionar el 50 % de las lámparas

INTRODUCCION

TEMPERATURA DE COLOR: Temperatura absoluta a la que un cuerpo negro emitiría un flujo luminoso que provocara la misma impresión de color en el ojo que la fuente luminosa considerada

Temperatura de color BAJA---> espectro con predominio de radiaciones rojas (sensación cálida)

Temperatura de color ALTA---> espectro con predominio de radiaciones azules (sensación fría)

INTRODUCCION

RENDIMIENTO: Cantidad de flujo luminoso emitido por unidad de potencia inyectada (lm/W)

INTRODUCCION

Radiación Solar Introducción INTRODUCCION

INTRODUCCION

Introducción INTRODUCCION Grupo de Color Apariencia Temperatura de color 1 Calido: Puede ser usado para espacios de relajación por debajo de los 300 Lux Por debajo de los 3300 K 2 Intermedio: Bueno para mezclar con luz día 3300-5300 K 3 Frío: Para trabajos interiores con altos niveles de iluminación Por encima de 5300 K

Formas de operación de la iluminación en los hogares Control con fotoceldas para iluminación exterior Control de iluminación por horas de forma que se eviten robos simulando Presencia de personas en las viviendas Detectores de presencia para control de luces exteriores, de forma que actúen Por ejemplo durante 5 minutos después de la última presencia detectada Dimer de algunas fuentes de luz interiores INTRODUCCION

INTRODUCCION

FUENTES DE LUZ

Incandescencia

Incandescentes

Halógenas

Descarga

Baja presión

Fluorescentes

Sodio baja presión

Alta presión

Mercurio

Mercurio Halogenado

Sodio Alta Presión

LA ILUMINACION ACTUALMENTE

LÁMPARAS INCANDESCENTES

Principio de funcionamiento: incandescencia

Filamento de tungsteno y relleno de argón y nitrógeno

Rendimiento: 10 lm/w (Halógenas: 20 lm/W)

Vida útil: 1000- 2000 hs

Equipo auxiliar: no necesitan

Posición de funcionamiento: cualquiera

Reproducción cromática: óptima

LÁMPARAS INCANDESCENTES - Aplicaciones

Alumbrado interior y decorativo

LÁMPARAS DE MERCURIO DE ALTA PRESIÓN

Tubo de descarga y soporte

Electrodos ( tungsteno, con cavidades rellenas con torio, óxido de bario, etc.)

Ampolla exterior

Revestimientos de la ampolla

Gases de relleno

Tubo de descarga: gas inerte + mercurio

Ampolla exterior: gas inerte (Argón)

LÁMPARAS DE MERCURIO DE ALTA PRESIÓN

Rendimiento: 40 a 55 lm/w

Vida útil: 15000 hs

Reencendido: no instantáneo

Estabilización: balasto

Posición de funcionamiento

Lámparas de mezcla o de luz mixta:

no necesitan balasto

tienen menor rendimiento (20-25 lm/W)

LÁMPARAS DE MERCURIO DE ALTA PRESIÓN - Aplicaciones

Iluminación interior de fábricas y grandes espacios

Alumbrado público

LÁMPARAS DE MERCURIO HALOGENADAS

Similar a las de mercurio con un aditivo de halogenuro metálico en el tubo de descarga, lo cual agrega otras bandas de emisión.

Mayor rendimiento (80 lm/w)

Mejor reproducción cromática

Similar vida útil

Problemas:

más susceptibles a las variaciones de tensión de red

posición de funcionamiento limitada

reencendido más lento

LÁMPARAS DE MERCURIO HALOGENADAS - Aplicaciones

Alumbrado de interiores: shoppings, comercios

Alumbrado de exteriores: escenarios deportivos, monumentos, fachadas

LÁMPARAS DE SODIO DE ALTA PRESIÓN

En el tubo de descarga (de material cerámico resistente a muy altas temperatura) hay sodio, mercurio y un gas noble (ej. xenón)

Emite en los amarillos y rojos

Produce muy poco UV y por lo tanto los revestimientos externos son solo polvos blancos para disminuir el brillo del tubo.

Poca tolerancia a la variación de la tensión

Utilizan balasto, ignitor (tensiones de encendido > 1800 V) y condensador

Estabilización: 5 a 7 minutos

Reencendido: 15 minutos

Vida útil: 12000 a 16000 hs

Alumbrado público y vial

Alumbrado industrial

Alumbrado de fachadas y monumentos

TUBOS FLUORESCENTES

Tubo relleno con mercurio y argón

Cátodo caliente

El color depende de recubrimiento (fósforo)

Rendimiento: 60-80 lm/w

Vida útil: 10000 hs

Reproducción cromática: buena

Reencedido: rápido

TUBOS FLUORESCENTES - Aplicaciones

Alumbrado de interiores

LÁMPARAS DE SODIO DE BAJA PRESIÓN

Similar a los tubos fluorescentes pero con sodio en vez de mercurio - Circuito: balasto, condensador e ignitor

La radiación es toda visible (no hay revestimientos fluorescentes) en una longitud de onda de 590 nm (monocromática)

Vida útil: 12000 a 16000 hs

Reproducción cromática: mala

Estabilización: 15 minutos

Reencedido: 7 minutos

LÁMPARAS DE SODIO DE BAJA PRESIÓN - Aplicaciones

Alumbrado público y vial

Otras tecnologías

OLEDs, leds orgánicos

Quantum Dot LED

Lámpara de nanocristales

Tecnologías de control de iluminación

Sensores de proximidad

Daylighting (combinación luz natural-artificial)

Doble nivel de iluminación

Tecnologías de control de iluminación

Regulación de potencia

Sensores de proximidad

Daylighting (combinación luz natural-artificial)

Doble nivel de iluminación

Iluminación selectiva (Task Lighting)

Diseño de Sistemas Eficientes de Iluminación LA ILUMINACION ACTUALMENTE

¿Por qué diseñar sistemas eficientes? LA ILUMINACION ACTUALMENTE

Motivos para Diseñar un Sistema Eficiente en Iluminación

Disminución en la emisión de contaminantes

Óptimo desempeño de la tarea

Confiabilidad

Bajo mantenimiento ($)

Bajo costo de Operación ($)

Sistema Eficiente en Iluminación

Considerar al usuario (optima aplicación de los equipos: niveles de iluminación).

Considerar a las normas aplicables.

Óptima Aplicación de los Equipos

Creación de Ambiente

Selección de la lámpara

Tipo de la luminaria

Nivel de Iluminación

Cantidad y disposición de equipos

Cantidad de energía eléctrica

Densidad de Potencia Eléctrica de Alumbrado

Consumo esperado

Tecnologías disponibles:

CFL

CCFLi (Cold cathode compact fluorescents lamps with intergrades ballast)

Bombillas halógenas con xenón

Lámparas halógenas con cubierta para infrarrojos y transformador electrónico integrado

LED

Tecnologías no disponibles

OLED

Lámparas incandescentes con tungsteno con enrejado fotónico

DBD (Dielectric barrier discharge lamps are mercury free)

Otras

Óptima Aplicación de los Equipos INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO

CFL de alta eficiencia INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO

CFL de alta duración INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO

CFL con dimmer INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO

CFL bajo nivel de mercurio INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO

Otros tipos de lámparas CFLs: Amalgam Technology Tri fósforo en CFL Multi fósforo Diferentes niveles de temperatura de color Arranque directo Bajo tiempo de calentamiento INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO

CCFLi (Cold cathode compact fluorescents lamps with intergrades ballast INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO

Bombillas halógenas con xenón Mayor eficiencia: 20% comparada con una normal INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO

Lámparas halógenas con cubierta para infrarrojos y transformador electrónico integrado Mayor eficiencia: 40% comparada con una normal INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO

OLED: diodo orgánico de emisión de luz INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO

Lámparas incandescentes con tungsteno con enrejado fotónico INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO

DBD: Dielectric Barrier Discharges Descubierta en 1857 Aprovecha el acople capacitivo en dieléctricos (en AC) INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO

Flat Light Panels (light Emitor capacitor) INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO

LED

Iluminación de Estado Solido - SSL 5 etapas – Programa total

Guia de los avances de la tecnologia del laboratorio hacia el mercado.

INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO

Ejemplos de aplicaciones actuales de SSL INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO

Actual y potencial ahorro de electricidad con el uso de LED Source : Energy Savings Estimates of Light Emitting Diodes in Niche Lighting Applications, Navigant Consulting, November 2003; www.netl.doe.gov/ssl/ . INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO

Eficiencia de las fuentes (2005)

Incandescente (75W) ~13 lm/W

Fluorescente (T8) ~83 lm/W

HID (Metal Halide) ~100 lm/W

SSL ( LED blanca) ~50 lm/W

Precio normalizado al por menor de las lamparas (2005)

Incandescente (75W) ~0.60 $/klm

Fluorescente (T8) ~0.73 $/klm

HID (Metal Halide) ~1.27 $/klm

SSL (LED blanca) ~150.00 $/klm *dato del fabricante

La Investigacion va a mejorar la eficiencia de las SSL disminuyendo los precios

Eficiencia y Coste de las fuentes de luz blanca INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO

Aplicaciones iniciales de las LED blancas

Foco empotrado, aplicaciones con luz concentrada

Iluminación de trabajo, Iluminación de despacho

Iluminación en vitrinas o exposiciones

Vitrinas, incluyendo refrigeradores

Elevadores – resistencia a las vibraciones

Arquitectura – durabilidad

INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO

Aceleracion de la investigación y desarrollo para las luces blancas SSL Metal Halide T-8 lamp T-12 ES Mono OLED T-12 fluorescent Mono LED Luces blancas SSL Laboratorio Eficacidad (lumens por watt) Luces Blancas SSL Comercial SSL Laboratory and Commercial Curves, revised September 2004 INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO

Beneficios de la instalación de LED Delay introduction to 2008, 50 LPW INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO

Eficiencia en lámparas lm/w Eficiencia en Iluminación

Vida útil (horas) Eficiencia en Iluminación

LWFt = Total Lamp Wattage Factor Información de eficiencia de lámparas Eficiencia en Iluminación

Pérdidas de Eficiencia en lámparas comparadas con las condiciones estándar de funcionamiento LLMF: lamp lumen maintenance factor, LSF Lamp survival factor Eficiencia en Iluminación

Barreras para la eficiencia energética

La percepción acerca de las lámparas CFL:

Ejemplo

En Europa el consumidor habitualmente dice que la fluorescente compacta no “da buena luz”, mientras que la verdad es que desde su punto de vista “no ofrece bastante luz” frente a la incandescente

550 lumen 710 lumen Eficiencia en Iluminación