Eficiencia Energética en Iluminación

en ESPAÑOL

Octubre 15 2009

Rodrigo Ramírez.-Pisco

CITCEA – UPC .

ramirez@citcea.upc.edu

Introducción a la Eficiencia Energética en Sistemas de Iluminación

en ESPAÑOL http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=1012

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.

43 2726252423222120

0 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 192 65

Cost of abatementEUR/tCO2e

Insulation improvements

Fuel efficient commercial vehicles

Lighting systems

Air Conditioning

Water heatingFuel efficient vehicles

Sugarcanebiofuel

Nuclear

Livestock/soils

Forestation

Industrialnon-CO2

CCS EOR;New coal

Industrial feedstock substitution

Wind;lowpen.

Forestation

Celluloseethanol CCS;

new coal

Avoided deforestation

America

Industrial motorsystems

Coal-to-gas shiftCCS;

coal retrofit

Industrial CCS

AbatementGtCO2e/year

Stand-by losses

Co-firingbiomass

• ~27 Gton CO2e below 40 EUR/ton (-46% vs. BAU)• ~7 Gton of negative and zero cost opportunities• Fragmentation of opportunities

Smart transitSmall hydro

Industrial non-CO2

Airplane efficiency

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0 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 192 65

Cost of abatementEUR/tCO2e

Insulation improvements

Fuel efficient commercial vehicles

Lighting systems

Air Conditioning

Water heatingFuel efficient vehicles

Sugarcanebiofuel

Nuclear

Livestock/soils

Forestation

Industrialnon-CO2

CCS EOR;New coal

Industrial feedstock substitution

Wind;lowpen.

Forestation

Celluloseethanol CCS;

new coal

Avoided deforestation

America

Industrial motorsystems

Coal-to-gas shiftCCS;

coal retrofit

Industrial CCS

AbatementGtCO2e/year

Stand-by losses

Co-firingbiomass

• ~27 Gton CO2e below 40 EUR/ton (-46% vs. BAU)• ~7 Gton of negative and zero cost opportunities• Fragmentation of opportunities

Smart transitSmall hydro

Industrial non-CO2

Airplane efficiency

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

• Lumen • Lux• Grados Kelvin• IRC • Deslumbramiento

INTRODUCCION

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

IntroducciónINTRODUCCION

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

3300-5300 K

3 Frío: Para trabajos interiores con altos

niveles de iluminación

Por encima de 5300 K

Introducción

INTRODUCCION

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 simulandoPresencia de personas en las viviendas

Detectores de presencia para control de luces exteriores, de forma que actúenPor ejemplo durante 5 minutos después de la última presencia detectada

Dimer de algunas fuentes de luz interiores

INTRODUCCION

Indice

FUENTES DE LUZ

Incandescencia

Incandescentes

Halógenas

Descarga

Baja presión

FluorescentesSodio baja presión

Alta presión

MercurioMercurio HalogenadoSodio 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.

LÁMPARAS DE SODIO DE ALTA PRESIÓN 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

Rendimiento: 100 a 120 lm/w

Vida útil: 12000 a 16000 hs

LÁMPARAS DE SODIO DE ALTA PRESIÓN

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)

Rendimiento: 120 a 200 lm/w

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

¿Por qué diseñar sistemas eficientes?

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

Indice

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

CFLde alta eficiencia

CFLde alta duración

CFLcon dimmer

CFLbajo nivel de mercurio

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

CCFLi (Cold cathode compact fluorescents lamps with intergrades ballast

Bombillas halógenas con xenón

Mayor eficiencia: 20% comparada con una normal

Lámparas halógenas con cubierta para infrarrojos y transformador electrónico integrado

Mayor eficiencia: 40% comparada con una normal

OLED: diodo orgánico de emisión de luz

Lámparas incandescentes con tungsteno con enrejado fotónico

DBD: Dielectric Barrier Discharges

Descubierta en 1857

Aprovecha el acople capacitivoen dieléctricos (en AC)

Flat Light Panels (light Emitor capacitor)

Iluminación de Estado Solido - SSL 5 etapas – Programa total

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

Ejemplos de aplicaciones actuales de SSL

ds©Lu

Actual y potencial ahorro de electricidad con el uso de LED

Luces de coche Luces paracamiones y bus

Senales detrafico

(semaforo…)

Muestras desalida

Luces para diafestivo

Iluminacion parapublicidad(vitrinas,

paneles..)

Electricidad ahorrada, 2002

Potencial de ahorro de electricidad

Source: Energy Savings Estimates of Light Emitting Diodes in Niche Lighting Applications, Navigant Consulting, November 2003; www.netl.doe.gov/ssl/ .

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

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

Aceleracion de la investigación y desarrollo para las luces blancas SSL

1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030

MetalHalide

T-8 lampT-12 ES

MonoOLED

T-12 fluorescent MonoLED

Luces blancas SSL

Laboratorio

Luces Blancas SSL

Comercial

SSL Laboratory and Commercial Curves, revised September 2004

Beneficios de la instalación de LED Delay introduction to 2008, 50 LPW

Indice

Eficiencia en lámparas lm/w

Eficiencia en Iluminación

Vida útil (horas)

en ESPAÑOL http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=101LWFt = Total Lamp Wattage Factor

Información de eficiencia de lámparas

Pérdidas de Eficiencia en lámparas comparadas con las condiciones estándar

de funcionamiento

LLMF: lamp lumen maintenance factor, LSF Lamp survival factor

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

• Temperatura y rendimiento de color• Apariencia visual de las lámparas• Control (dimmer)• Harmónicos• Efectos negativos en la salud (lipoatrofia

semicircular?)• Flickers• Electro-Smog

Barreras para la eficiencia energética

Problemas detectados en la aplicación de programas de eficiencia

Energética en iluminación:

Problemas detectados en la aplicación de programas de eficiencia

Energética en iluminación:

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