Eficiencia energética vs alumbrado público

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.
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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
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Criterios generales sobre el Alumbrado Público
(Consumo eléctrico, costo y CO2 )
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 CO2 /kWh (*)
(*) Fuente: REE basado en mix energético del sistema peninsular en el año 2010
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Criterios generales sobre el Alumbrado Público
(Consumo eléctrico, costo y CO2 )
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
Ratios europeos
NO eficientes
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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.
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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
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La E.E. en el Alumbrado Público. Índice de E.E. y clasificación
energética de una instalación
Eficiencia Energética ε = S*Em / P; (m2*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)
Iluminación media
en servicio Em(Lux)
Eficacia energética
mínima (m 2*lux/W)
>=30
22
>=20
9
25
20
15
7,5
20
17,5
10
6
15
15
7,5
5
10
12
<=5
3,5
<=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
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
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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
Iluminancia media en
servicio proyectada Em(lux)
Eficacia energética de
referencia
ε R (m2*lux/W)
Alumbrado Vial Ambiental y otras instalaciones de
alumbrado
Iluminancia media en
servicio proyectada Em(lux)
Eficacia energética de
referencia
ε R (m2*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.
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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.
Iεε = ε / ε R
El REEIAE clasifica la instalación.
Calificación
Energética
Índice de consumo
energético
Índice de Eficiencia
Energética
A
IEC < 0,91
I ε > 1,1
B
0,91 <= IEC < 1,09
1,1 >= I ε > 0,92
C
1,09 <= IEC < 1,35
0,92 >= I ε > 0,74
D
1,35 <= IEC < 1,79
0,74 >= I ε > 0,56
E
1,79 <= IEC < 2,63
0,56 >= I ε > 0,38
F
2,63 <= IEC < 5,00
0,38 >= I ε > 0,20
G
IEC >= 5,00
I ε <= 0,20
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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.
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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.
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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)
(2)
A excepción de alumbrado f estivo y navideño.
Alcanzarán los valores que permitan cumplir los requisitos mínimos de eficiencia
energética establecidos.
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Como conseguir una instalación eficiente. Requisitos del REEIAE
Equipos
Lámparas.
Alumbrado vial, especifico y ornamental.
Eficacia superior a 65 lm / w.
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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
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Como conseguir una instalación eficiente. Requisitos del REEIAE
Reducción del resplandor luminoso y la luz intrusa.
FHSINST
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.
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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.
fu = Fu / Fl
Flujo útil (Fu)= S * Em
Flujo lámpara (Fl).
Lado acera
-1h
Lado calzada
0h
3h
0,4
6
0,2
9
1h
2h
1,2
h
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.
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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.
fm = 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.
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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.
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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.
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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%
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Utilización de luminarias LED
Propiedades del LED
Riesgos del LED
• Alimentado desde 175 mA hasta ¿? A
Mas corriente
(Aconsejable mayor eficacia 350/520 mA)
Mayor Tj
• Vida útil superior a descarga.
Mayor Ta
Mayor Tj
Incremento de Tj
Disminuye flujo emitido
• Varias temperaturas de color (luz blanca).
• Bajo mantenimiento.
Mayor Tj
Disminuye vida útil
Elevada Tj
Fallo total
• Encendido instantáneo.
• Estado sólido. Resistente a vibraciones.
• Sin mercurio en su composición.
• Sin infrarrojo ni ultravioleta.
• Alta eficiencia óptica.
• Direccionable (fu )
• Graduable (fm )
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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.
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Utilización de luminarias LED
¿Luminarias LED mal modificadas?. Problemas térmicos
Modulo leds
sin lente
Rendimiento:
45lm/w
Sistema de
evacuación de
calor
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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
Cons umo
(W)
Ahorro
(%)
Uniform.
media
Nivel
lumínico
(lux)
Variación
(%)
Led de
sus ti tución
E40
28
74,5
0’08
2’61
84
Sodio tubular
100 W
110
0
0’4
16’37
0
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Utilización de luminarias LED. Factor de utilización (fu = Fu / Fl)
El reducido tamaño de la fuente de luz LED
y el control por refracción mejoran el fu
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Utilización de luminarias LED. Factor de utilización (fu = 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
fm = 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)
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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.
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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.
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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 .
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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.
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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